金屬配合物與DNA相互作用課件

小組成員：胡亞楠王晴晴金屬配合物與DNA相互作用配位化合物是一類(lèi)含有中心金屬原子（M）和若干配位體（L）的化合物（MLn）。中心原子M通常是過(guò)渡金屬元素的原子，具有空的價(jià)軌道；而配位體L則有一對(duì)或一對(duì)以上的孤對(duì)電子。M和L之間通過(guò)配位鍵結(jié)合，成為帶電的配位離子，配位離子與荷異性電荷的離子結(jié)合，形成配位化合物。有時(shí)中心原子和配位體直接結(jié)合成不帶電的中性配位化合物分子。一、配位化合物二、DNA結(jié)構(gòu)DNA是一種柔性生物大分子，其結(jié)構(gòu)可分為一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)。DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)就是DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，它是于1953年兩個(gè)年青的科學(xué)家Watson和Crick建立的。這是一個(gè)能夠從分子水平上闡明遺傳基本特征的DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)，它使長(zhǎng)期以來(lái)神秘的DNA成為了真實(shí)的分子實(shí)體。這是分子生物學(xué)誕生的標(biāo)志，并開(kāi)拓了生物化學(xué)和分子生物學(xué)發(fā)展的未來(lái)。二級(jí)結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)示意圖雙螺旋穩(wěn)定的因素：堿基堆積力DNA分子內(nèi)部堿基對(duì)疏水的芳環(huán)堆積所產(chǎn)生的疏水作用力和上下相鄰的芳環(huán)的π電子的相互作用即稱(chēng)為堿基堆積力，這是維持DNA雙螺旋最主要的作用力。兩條多核苷酸鏈間的互補(bǔ)堿基對(duì)之間的H鍵用。主鏈上帶負(fù)電荷的磷酸基與溶液中的陽(yáng)離子之間形成的離子鍵也是維持雙螺旋結(jié)構(gòu)的作用力。DNA的一般物理性質(zhì)

溶解特性：DNA為白色纖維狀固體，微溶于水，呈酸性，加堿可促進(jìn)溶解。但不溶于乙醇、乙醚和氯仿等一般有機(jī)溶劑，因此常用有機(jī)溶劑(如乙醇)來(lái)沉淀DNA。分子的形狀及粘度：DNA分子極為細(xì)長(zhǎng)，因此DNA溶液的粘度很大，加入乙醇后可用玻璃棒將黏稠的DNA攪?yán)p起來(lái)。DNA剛性：DNA溶液是呈黏稠狀，但DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)實(shí)際上顯得僵直具有剛性，經(jīng)不起剪切力的作用，容易斷裂成碎片，這也是目前難以獲得完整大分子DNA的原因。降解：溶液狀態(tài)的DNA易受DNA酶的作用而降解，抽干水分的DNA的性質(zhì)卻十分穩(wěn)定。三、DNA的性質(zhì)其他性質(zhì)，如變性與復(fù)性DNA中富電子的堿基是金屬配合物進(jìn)攻的首選靶子之一。金屬配合物在一定條件下(光照或有輔助氧化劑、還原劑)，進(jìn)攻核苷酸的戊糖或堿基部位，通過(guò)產(chǎn)生擴(kuò)散或不擴(kuò)散的羥基自由基、單線態(tài)氧分子、配體自由基或光電子轉(zhuǎn)移等，引起一系列化學(xué)反應(yīng)，使DNA鏈發(fā)生氧化斷裂。氧化還原反應(yīng)

水解使得磷酸二酯鍵斷裂比氧化還原造成的裂解更有優(yōu)越性，因?yàn)檫@樣不破壞堿基，可以保持遺傳信息，也比較容易使裂解產(chǎn)物重新組合起來(lái)。金屬離子和配合物對(duì)促進(jìn)磷酸二酯鍵水解能夠發(fā)揮的有效作用，在于他們具有Lewis酸的功能，可以使磷-氧鍵激化，有利于其斷裂水解反應(yīng)也可以提供已配位的親核配體給磷，形成五配位的磷酸酯中間產(chǎn)物。簡(jiǎn)單金屬離子如Zn2+，Pb2+對(duì)RNA水解的促進(jìn)作用也已為人們所了解。

金屬配合物與DNA的作用方式主要要非共價(jià)結(jié)合，其中包括靜電結(jié)合、嵌插作用、溝內(nèi)結(jié)合等；共價(jià)結(jié)合和剪切作用。靜電結(jié)合一般認(rèn)為靜電結(jié)合作用于帶負(fù)電荷的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)外部，沒(méi)有選擇性[1]。有報(bào)道[2]認(rèn)為核酸分子表面由靜電力形成的水化層中的水分子的排列與堿基有關(guān)。DNA與配合物作用方式

溝內(nèi)結(jié)合

是與DNA的大溝或小溝的堿基對(duì)邊緣直接發(fā)生相互作用，大分子蛋白質(zhì)結(jié)合于DNA的大溝槽中，而大多數(shù)小分子則是在小溝槽內(nèi)作用。小溝槽內(nèi)是A,T富集區(qū)，小分子通過(guò)與胸腺嘧啶堿基C-2上的羰基氧或腺嘌呤堿基N-3上的氮形成氫鍵與A-T堿基結(jié)合。金屬配合物與DNA作用的位點(diǎn)(大溝、小溝)、作用的形式(插入、溝結(jié)合、靜電作用)、有無(wú)構(gòu)型選擇或堿基序列選擇，需要用多種方法加以確定。常用的研究技術(shù)有光譜學(xué)方法、NMR技術(shù)、流體力學(xué)方法，另外還有熱力學(xué)方法、電化學(xué)方法和序列凝膠電泳等。常用研究方法及其特點(diǎn)

由于雙螺旋結(jié)構(gòu)的DNA分子含有芳香堿基和磷酸生色基團(tuán)，其電子吸收光譜在260nm左右有一強(qiáng)的吸收峰[3，4]，許多DNA靶向分子或本身具有光學(xué)活性，或與DNA結(jié)合后產(chǎn)生光學(xué)活性，因此用光譜方法通過(guò)考察DNA結(jié)合其靶向分子后結(jié)構(gòu)上的變化來(lái)研究其結(jié)合機(jī)理，是非常有效和應(yīng)用最為廣泛的方法紫外光譜法(1)對(duì)于DNA的吸收光譜來(lái)說(shuō)，如導(dǎo)致分子的軸向變化即其構(gòu)象變化，則產(chǎn)生減色效應(yīng)及紅移現(xiàn)象，且光譜變化的大小與其結(jié)合力相關(guān)聯(lián)，即作用越強(qiáng)減色效應(yīng)越明顯；如導(dǎo)致DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的破壞，則產(chǎn)生增色效應(yīng)[3]。增色效應(yīng)說(shuō)明配合物可能與其腺嘌呤堿基嵌入到DNA雙螺旋堿基對(duì)間，引起構(gòu)成堿基堆積力的疏水作用力和范得華力的相應(yīng)改變，影響了DNA構(gòu)象與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

(2)對(duì)于金屬配合物等分子的特征吸收譜帶，加入DNA后，如該分子與DNA發(fā)生嵌插作用，則該分子的電子吸收光譜的吸收峰位置紅移，強(qiáng)度減?。阂?yàn)椴迦肱潴w與DNA堿基對(duì)可發(fā)生π電子堆積，作用配體的π*空軌道與堿基的π電子軌道發(fā)生偶合，使能級(jí)下降，從而導(dǎo)致π→π*躍遷能減小，產(chǎn)生紅移現(xiàn)象；熱和堿的作用可以破壞DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，使雙鏈變成單鏈，吸光度A260增大。小分子與DNA結(jié)合后會(huì)給這種變性帶來(lái)影響，進(jìn)而也可考慮小分子與DNA的作用方式嵌插作用對(duì)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)起穩(wěn)定作用，可導(dǎo)致熔解溫度Tm值增大5-8oC，而非嵌插作用的小分子不會(huì)使Tm值增大如此明顯。Ganesh等[6]報(bào)道了陽(yáng)離子表面活性劑與寡聚核苷酸作用后A260隨溫度的變化曲線為Sigma曲線，由此推斷陽(yáng)離子表面活性劑首先通過(guò)靜電作用與寡聚核苷酸結(jié)合，然后在疏水力的驅(qū)動(dòng)下以協(xié)作方式結(jié)合于相同的寡聚核苷酸上，從而使溶液中同時(shí)存在兩種寡聚核苷酸即自由的和與表面活性劑結(jié)合的寡聚核苷酸，最終導(dǎo)致出現(xiàn)兩個(gè)熔鏈溫度。跟蹤小分子與DNA作用前后A260隨pH的變化情況，也可判斷小分子與DNA之間的作用方式。[1]靳蘭,楊頻,李青山.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào).1996,17:1345.[2]Z.Shakked,G.Guzikevich-Guerstein,F.Frolow.Nature,1994,368:469.[3]沈同,王鏡巖.生物化學(xué)(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1990.54～68．[4]凌連生,楊洗,何治柯等.Ru(bipy)2(dppz)2+與DNA相互作用的光譜研究[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào),2001,17(1):11-15.[5]李紅,樂(lè)學(xué)義,吳建中等.銅(II)鄰菲咯啉蛋氨酸配合物與DNA相互作用的研究[J].化學(xué)學(xué)報(bào),2003,61(2):245～250.[6]敬登偉,張劍